装配式耗能结构抗多灾害作用的全寿命设计理论研究

Compared to traditional reinforced concrete structures, prefabricated structures possess the advantages of less site operation, higher structural component quality, shorter construction period, better social and economic benefit, as well as energy conservation and pollution reduction. Vigorously promoting the development of prefabricated structures is not only an important way to achieve the objectives of green building and construction industrialization, but also in line with the sustainable development strategy of our country. During their life-cycles, engineering structures will inevitably be subjected to multiple hazards, such as earthquakes, strong winds, explosion and impact as well as other kinds of hazard loadings. To ensure the safety of prefabricated structures, it is of great significance to carry out systematic studies on the life-cycle design of prefabricated energy dissipation structures under multiple hazards. This project aims to propose a coupled model of multiple hazards during the life-cycle of prefabricated structures based on the hazard analysis method and probability theory. In combination with the structural analysis methods of theoretical study, laboratory experiment and numerical simulation, energy dissipation devices are to be developed for the prefabricated structures. By considering the lifetime structural performance degradation effect, the life-cycle performance evaluation and design methods of high-performance prefabricated structures subjected to multiple hazards are to be constructed. The research works regarding this project can provide theoretical basis and technical support for the promotion and development of prefabricated energy dissipation structures in our country.

相比于传统的混凝土结构，装配式结构（也称预制装配式结构）具备现场作业少、构件质量高、施工周期短、社会与经济效益好以及节能减排等优点，大力推动装配式结构的发展是实现绿色建筑和建筑工业化的重要途径，符合我国建筑行业的可持续发展理念。工程结构在其全寿命周期内会不可避免的遭受多种灾害的作用，如地震、强风或爆炸冲击荷载等；开展多种灾害作用下的结构全寿命性能设计理论研究对于保证装配式结构的安全性具有重要意义。本项目力求通过对不同灾害作用进行危险性分析，采用概率理论方法建立多次、多种灾害在结构全寿命周期内的耦合作用模型；结合理论研究、物理试验和数值模拟等分析方法，研发适用于高性能装配式结构的耗能装置，同时考虑结构在全寿命周期内的性能退化效应，建立装配式耗能结构体系在多次多种灾害作用下的全寿命性能评价与设计理论，为高性能装配式耗能结构在我国的推广和发展提供理论依据和技术支撑。

预制装配式结构具备现场作业少、构件质量高、施工周期短、社会与经济效益好以及节能减排等优点，大力推动装配式结构的发展是实现绿色建筑和建筑工业化的重要途径，符合我国建筑行业的可持续发展理念。预制装配式结构在其全寿命周期内会不可避免的遭受多种灾害的作用，如地震、强风或爆炸冲击荷载等；开展多种灾害作用下的结构全寿命性能设计理论研究对于保证装配式结构的安全性具有重要意义。本项目通过理论、试验和数值模拟研究，完成了以下研究内容：（1）基于实测数据对不同灾害作用进行了危险性分析，采用概率理论方法建立了多次、多种灾害在结构全寿命周期内的耦合作用模型，提出了多种灾害耦合作用年超越概率的计算方法，并针对装配式结构提出了多灾害性能评估方法；（2）提出了新型暗撑式装配式剪力墙构件和装配式耗能剪力墙结构体系，通过一系列试验研究和数值模拟分析，系统研究了装配式剪力墙结构破坏机理以及重要设计参数对其抗灾性能的影响，并通过考虑氯离子腐蚀等长期效应研究了装配式结构的全寿命周期性能；（3）开展了适用于装配式结构的高效耗能装置研发与全寿命设计理论研究，研发了旋转放大式橡胶黏弹性阻尼器、齿轮驱动转角放大式橡胶黏弹性阻尼器、以及自复位放大位移型SMA阻尼器等新型高效耗能装置，并研究了其对于装配式结构的减振效果，最后针对装配式结构开展了全寿命周期地震损失期望评估和加固设计方案研究。项目团队顺利完成了计划书中规定的研究内容和各项指标，基于本项目研究共发表期刊论文40篇，其中SCI收录27篇、EI收录10篇；申请发明专利11件，已授权8件；发表专著1部；荣获省部级一等奖2项。部分研究成果已成功应用于沈阳建筑大学抗震实验室大楼等工程项目中，培养教育部长江学者特聘教授1名，沈阳市杰出人才、沈阳市拔尖人才2人，博士后6名，博士生15名，硕士生24名。本项目研究可为高性能装配式耗能结构在我国的推广和发展提供理论依据和技术支撑。